SCIENCE TECHNOLOGY Số 10 2020 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 65 NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH CABIN HỌC LÁI XE ẢO SỬ DỤNG BOARD MẠCH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO RESEARCH , BUILDING CABIN MODELS FOR DRI[.]
Trang 1SCIENCE - TECHNOLOGY
Số 10.2020 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 65
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH CABIN HỌC LÁI XE ẢO
SỬ DỤNG BOARD MẠCH ĐIỀU KHIỂN ARDUINO
RESEARCH , BUILDING CABIN MODELS FOR DRIVING VEHICLES USING ARDUINO CONTROL CIRCUIT BOARD
Bùi Văn Giang 1 , Nguyễn Văn Thái 1 , Hoàng Minh Quang 1 , Phạm Văn Nguyên 1 , Trần Văn Thực 1 , Hà Trung Kiên 2,*
TÓM TẮT
Mô hình cabin lái xe là thiết bị tập lái xe 3D được mô phỏng giống mô hình
cabin điều khiển trên ô tô Mô hình được hoàn thiện bao gồm cả phần thiết kế cơ
khí, mạch điện tử và chương trình điều khiển Mô hình có thể hoạt động ở các chế
độ điều khiển bằng tay thông qua vô lăng, cần số, chân ga, chân phanh Trong
chế độ điều khiển bằng tay, mô hình hoạt động khá là tốt sau khi tiến hành kết
nối các bộ phận của mô hình với máy tính và tiến hành cài đặt thông số điều
khiển của mô hình trên phần mềm game giả lập lái xe, mang lại cảm giác rất
chân thực như đang điều khiển trên cabin ô tô thật cho người lái
Từ khoá: Cabin tập lái 3D; bộ vô lăng chơi game, bộ vô lăng giả lập lái xe
ABSTRACT
Driving cabin model is a 3D driving training device modeled after the control
cabin model in cars The model is complete including mechanical design,
electronic circuits and control programs The model can be operated in manual
control modes via steering wheel, gear lever, accelerator, and brake pedals In
manual control mode, the model works well after connecting the parts of the
model with the computer and setting the control parameters of the model on
the driving simulator game software, bring a very realistic feeling like being
driven on a real car cabin for the driver
Keywords: 3D driving cabin; gaming steering wheel, driving simulator
1Lớp Điện 4 - K11, Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
2Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
*Email: htrungkien259@gmail.com
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Ngày nay, xã hội tiện nghi, ô tô ngày càng phổ biến
trong việc di chuyển,việc luyện tập lái xe bằng cabin tập lái
ảo không còn quá xa lạ Việc sử dụng thiết bị và các công
nghệ mô phỏng hiện đại, mang lại trải nghiệm chân thực
cho người học lái xe Mô hình cabin học lái xe là giải pháp
công nghệ, tích hợp dựa chủ yếu trên công nghệ thông tin,
công nghệ mô phỏng Để đáp ứng các mục tiêu khác nhau
trong quá trình huấn luyện lái, người ta có thể có những
giải pháp mô phỏng với cấu hình kỹ thuật khác nhau
Những đặc điểm cơ bản khi lái các phương tiện sẽ được mô
phỏng để tạo ra môi trường huấn luyện càng giống thật
càng tốt, hình thành các kỹ năng và phản xạ cần thiết để
đối phó với các tình huống nguy hiểm đã xảy ra trong thực
tế trong một môi trường an toàn tuyệt đối, giảm đáng kể thời gian thực hành và chi phí cho một khoá học
2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ PHẦN CỨNG, PHẦN MỀM 2.1 Tìm hiểu về Cabin lái xe ảo
Mô hình Cabin lái xe ảo vốn đã được các nước tiên tiến trên thế giới coi là một sản phẩm công nghệ hữu ích cho những người mới học lái và những người không có thời gian để luyện tập cũng như để giải trí, mô hình cabin học lái xe ảo có nhiều ưu điểm và tiện ích hơn việc lái trên cabin
ô tô thật, giúp giảm thời gian luyện tập cần thiết, giúp người mới học hình thành các kỹ năng và phản xạ cần thiết
để đối phó với các tình huống nguy hiểm đã xảy ra trong thực tế trong một môi trường an toàn
Cách sử dụng bộ Cabin lái xe ảo khá đơn giản, chúng ta chỉ cần kết nối mô hình với máy tính qua chuẩn kết nối USB Sau đó truy cập các Game giả lập để cài đặt chức năng của các thiết bị trong bộ mô phỏng, mô hình này có thể dùng để tập lái xe, thi bằng lái các mục hạng B1, B2, C, D
giúp ích rất nhiều cho người mới bắt đầu học bằng lái xe bằng việc làm quen với cách điều hướng vô lăng sao cho nhuần nhuyễn, phối hợp nhịp nhàng giữa cần số và chân
ga, chân phanh và chân côn sao cho không bị chết máy,
để khi đến bước tập lái xe thật sẽ dễ dàng xử lý tình huống hơn, không bị bối rối
2.2 Cấu trúc tổng quan phần cứng của mô hình Cabin lái xe ảo
Hình 1 Sơ đồ đấu nối các thiết bị
Trang 2CÔNG NGHỆ
Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 10.2020
66
KHOA HỌC
Phần cứng của thiết bị gồm: Vi điều khiển Arduino
Leonardo R3, Module BTS 7960, Encoder 344 xung, Motor
775 12V, công tắc hành trình, biến trở… (bảng 1)
Bảng 1 Linh kiện, thiết bị phần cứng và chức năng của chúng
STT Tên linh kiện/thiết bị Chức năng
1 Vi điều khiển Arduino
Leonardo R3 Trung tâm tính toán, điều khiển thiết bị
2 Module BTS 7960 Module điều khiển động cơ
3 Encoder 344 xung Đo tốc độ động cơ
5 Công tắc hành trình Truyền tín hiệu từ hộp số
6 Biến trở Sử dụng truyền tín hiệu từ bàn đạp
7 Phím Button Gán chức năng như: còi, đèn, xi nhan,…
8 Toggle Switches Bật/Tắt vô lăng
2.3 Quá trình nghiên cứu và chế tạo
2.3.1 Chế tạo phần cứng
Thiết kế phần thân được tiến hành trên phần mềm vẽ
3D AutoCad, gồm hình dạng tổng thể của phần khung
cũng như kích thước tổng quát của các thiết bị phần cứng
Phần cứng có yêu cầu về độ chắc chắn và tính thẩm mĩ Vì
vậy mà trong quá trình thi công phải đảm bảo về chất
lượng vật liệu và thi công đúng như thiết kế đề ra về kích
thước, kiểu dáng
Hình 2 Bản 3D tổng hợp các bộ phận trên AutoCad
Hình 3 Thi công trên CNC
2.3.2 Chế tạo vô lăng
Nhóm nghiên cứu đã dùng một sản phẩm thương mại
để tăng tính thẩm mĩ và độ chắc chắn của mô hình (hình 4)
Hình 4 Vô lăng Momo
2.3.3 Chế tạo hộp số sàn
Hộp số có 6 cấp độ và một số lùi, đảm bảo hoạt động và kiểu dáng giống với thực tế nhất (hình 5)
Hình 5 Hộp số
2.3.4 Chế tạo chân Ga - Phanh - Côn
Cácàn đạp, phanh và đổi số được thiết kê, chế tạo cho cảm giác như lái xe thực (hình 6)
Hình 6 Bàn đạp
Trang 3SCIENCE - TECHNOLOGY
Số 10.2020 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 67
2.4 Thiết kế phần mềm
Sử dụng các phần mềm để tinh chỉnh độ chính xác
cho mô hình: DXTweak2, WheelConfig
Phần mềm lái xe mô phỏng: City Car, Euro Truck
Simulator 2
Chương trình của bộ mô phỏng lái xe được viết bới
phần mềm Arduino
Code được viết bởi Arduino sẽ được biên dịch và nạp
cho Arduino Leonardo R3 để thực hiện tất cả tính năng của
bộ mô phỏng
2.5 Nguyên lí hoạt động
Bộ mô phỏng được hoạt động trên một giao diện game
được kết nối bằng cổng USB với máy tính, trên giao diện sẽ
có phần cài đặt chức năng cho các thiết bị mô phỏng
Tiến hành cài đặt để đồng bộ chức năng của các thiết bị
mô phỏng với game
• Hộp vô lăng có chức năng là dùng điều khiển trực tiếp
các hướng của xe
• Phần hộp số có chức năng là thay đổi tốc độ chạy xe
phù hợp với sức cản bên ngoài và Thay đổi chiều chuyển
động của xe (tiến và lùi)
• Phần chân ga, côn và phanh có chức năng là:
+ Đối với côn xe có chức năng đóng hoặc ngắt kết nối
giữa máy và bánh xe Nếu động cơ chạy và côn đóng kết
nối thì bánh xe quay Nếu ngắt kết nối thì bánh xe quay
chậm lại theo quán tính rồi từ từ dừng hẳn Việc ngắt côn
cho phép tài xế tăng giảm số hoặc dừng xe mà động cơ vẫn
hoạt động (không bị chết máy)
+ Chân ga ô tô là bộ phận trong ô tô mà khi tác động lực
sẽ làm cho xe chạy nhanh hơn Chân ga xe ô tô nằm ở phía
bên trong cùng bên phải, cạnh bàn đạp phanh Muốn điều
khiển bàn đạp ga Người điều khiển xe sử dụng chân phải
để tác động lực vào chân ga
+ Phanh có vai trò giảm tốc và dừng chuyển động của
xe
3 KẾT QUẢ CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM
Sau khi thiết kế, chế tạo các thiết bị, nhóm nghiên cứu
tiến hành lắp ráp và cài đặt hệ thống hoàn chỉnh Giao diện
trên máy tính như trong hình 7 Kết quả thử nghiệm cho
thấy mô hình hệ thống hoặt động ổn định và cho cảm giác
điều khiển gần giống thực tế
Hình 7 Giao diện trên máy tính
4 KẾT LUẬN
Mô hình được hoàn thiện bao gồm cả phần thiết kế cơ khí, mạch điện tử và chương trình điều khiển Mô hình có thể hoạt động ở các chế độ điều khiển bằng tay thông qua
vô lăng, cần số, chân ga, chân phanh Trong chế độ điều khiển bằng tay, mô hình hoạt động khá là tốt sau khi tiến hành kết nối các bộ phận của mô hình với máy tính và tiến hành cài đặt thông số điều khiển của mô hình trên phần mềm game giả lập lái xe, mang lại cảm giác rất chân thực như đang điều khiển trên cabin ô tô thật cho người lái
Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ:
- Tối ưu hóa kết cấu cơ khí để nâng cao tính thẩm mỹ, vững chắc, thuận tiện
- Sử dụng động cơ DC12V 18000RPM DC 775 trục tròn làm bộ phản hồi lực cho mô hình giúp tạo cảm giác chân thực hơn khi vô lăng có thể phản hồi lại và khi va chạm vào vật thể
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu, 2016 Vi điều khiển và ứng dụng Arduino dành cho người tự học NXB Bách khoa Hà Nội
[2] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Chung, 2016 Lập trình điều khiển với Arduino
NXB Khoa học và kỹ thuật
[3] Phạm Nguyễn Cương, 2016 Phân tích hệ thống thông tin theo hướng đối tượng NXB Khoa học và kỹ thuật
